МЕТАЛЛОКЕРАМИЧЕСКИЙ ЗУБНОЙ ПРОТЕЗ Российский патент 1996 года по МПК A61C13/83 

Изобретение относится к стоматологии, в частности к технике искусственных зубов (протезов), изготовление которых основано на материалах и технологии керамики (фарфора).

Одной из основных проблем техники этих протезов является придание им эстетических параметров, свойственных естественным зубам конкретного пациента носителя протеза.

Известны искусственные зубы в виде фарфоровых коронок, закрепленных в челюсти на металлических штифтах, крампонах, мостах и т.д.

Специальные сорта зубного фарфора представляют собой спеченную керамическую композицию из полевого шпата, кварца и каолина, т.е. качественно из окислов кремния, алюминия, щелочных и щелочноземельных металлов с добавлением красящих присадок. Недостатком этих протезов является, во-первых, их недостаточная механическая прочность, обусловленная способами спекания и закрепления на металлических подложках, и, во-вторых, слабая совместимость их по цвету с рядом стоящими естественными зубами пациента. Попытки подготовки цвета путем варьирования состава и количества красящих добавок к успеху приводят редко. При этом следует отметить, что в технике фарфоровых коронок никогда не обращалось внимания на зависимость оптического (эстетического) эффекта от соотношения фаз в гетерофазной системе, всегда присущей керамическим материалам, состоящим из кристаллической и стекловидной (аморфной) фаз. Аналогичная структура присуща и естественному зубу.

Известны металлокерамические протезы, состоящие из металлической коронки, и, по крайней мере, двух слоев оксидной керамики основного полупрозрачного дентинового и расположенного между ним и коронкой грунтового.

Металлическая коронка выполняется из сплавов на основе кобальта (никеля) и хрома, серебра, золота, платины, палладия.

Керамические слои выполняются на основе окислов Al, Si, K, Na, Zr, Sn, Ca, B и красящих добавок (присадок) окислов титана, никеля, кобальта, редкоземельных металлов и т.д. Слои наносятся на коронку и спекаются последовательно, причем каждый последующий при более низкой температуре, чем предыдущий и с таким подбором материалов слоев, чтобы коэффициенты линейного расширения их равномерно снижались от металла до внешнего слоя. После окончательного спекания все слои оказываются в сжатом состоянии, что и обеспечивает высокую прочность протеза. Недостатком многослойных керамических зубов является трудность обеспечения стабильных значений прочности сцепления между слоями, растрескивание и отслаивание их от металла. Это происходит вследствие полиморфизма у соединений, входящих в состав исходных керамических масс, степени завершенности физико-химических процессов, протекающих как при варке керамических масс на подготовительном этапе, так и при спекании покрытий на металлической коронке. Это приводит в конечном итоге к нестабильности (разбросу от партии к партии и даже внутри партии) таких характеристик покрытий, как термическое расширение, адгезионная способность и т.д. Другим недостатком технических решений является нестабильность оптических характеристик зуба, определяющих эстетическое восприятие искусственного зуба от рядом стоящего естественного.

Приведенная информация о содержании компонентов касается исключительно исходного сырья, но не синтезированного конечного продукта, в котором кристаллическая и стекловидная фазы могут быть в различных состояниях и соотношениях в зависимости от способа изготовления.

В многослойном керамическом покрытии на зубном протезе косметический эффект достигается за счет оптических свойств грунта и дентина. Грунт при своей минимальной толщине 0,2-0,4 мм должен полностью исключить просвечиваемость окисленного металла и диффузно отражать падающее на него излучение, частично поглощая его. Дентин должен быть полупрозрачным, т.е. часть излучения должна поглотиться в дентине, часть пройти через него до грунта и, частично отразившись от него, вернуться назад, а частично отражаться от поверхности дентина. Введение в грунт и дентин красителей также способствует получению нужного цвета покрытия. Именно комплексное выполнение этих условий позволяет получать желаемый косметический эффект.

Целью изобретения является повышение стабильности свойств покрытий металлокерамического протеза с одновременным повышением эстетического (косметического) эффекта протеза у пациента.

Поставленная цель достигается за счет выполнения дентинового и грунтового слоев заведомо гетерофазными, но в разной степени. Конкретно это выражается в том, что в синтезированном покрытии соотношение между кристаллической и стекловидной фазами в дентиновом слое составляет 17-25 мас. а в грунтовом 49-60 мас.

На фиг. 1 изображена структура естественного зуба; на фиг. 2 фазовый состав зубного фарфора; на фиг. 3 структура дентинового слоя в многослойном протезе; на фиг. 4 наблюдающаяся структура дентинового слоя; на фиг. 5 то же, грунтового слоев.

На фигурах естественного зуба (фиг. 1) и протезов (фиг. 3-5) отчетливо проявляется гетерофазность структур: для естественных зубов отдельные кристаллики гидроаппатита в костной ткани, для искусственного зуба кристаллики тугоплавких окислов в стеклофазе. Из фиг. 4 и 5 видно, что структуры дентинового и грунтового слоев различны: в дентине содержание кристалликов примерно в два три раза меньше, чем в грунте. А это означает, что дентиновый слой более прозрачен, чем грунтовый (содержащий больше центров рассеивания света). Это означает также, что дентиновый слой, содержащий меньшее количество твердых кристалликов в стеклофазе, менее прочен, чем грунт, в котором твердых компонентов больше.

Таким образом, оптические и прочностные характеристики слоев протеза различаются синхронно даже при одинаковом качественном химическом составе компонента в обоих слоях. Количественные значения химического состава (различие в количестве компонента в обоих слоях) могут несколько корректироваться с целью обеспечения соотношения коэффициентов термического расширения, необходимого для технологии обжигов. Коррекцию цвета можно обеспечивать и традиционным путем добавок красящих веществ. Однако главным условием для любых составов являются физические явления преломления, рассеяния и поглощения света в гетерофазной среде.

В общем случае оптические эффекты в гетерофазной среде обуславливаются следующими факторами:
размером кристалликов, которые, как видно из фиг. 4-5, находятся на уровне 0,4-10 мкм, т.е. сравнимы с длинами волн видимого света;
коэффициентом преломления материалов кристаллофазы, значения которого, естественно, больше коэффициента преломления стеклофазы, для которой он составляет около 1,5;
количеством кристалликов в слое;
наличием компонентов красителей в объеме.

Поскольку набор допустимых химических соединений для стоматологических применений ограничен (по причинам биологической совместимости, КТР и т.д.), то основная возможность управления оптическими параметрами, т.е. эстетическим (косметическим) эффектом является управление числом и размерами кристаллов, что можно делать как путем выбора исходных компонентов, так и известными средствами изготовления керамики.

Понятно, что должен существовать определенный интервал допустимого количества кристалликов в слое: при малом их количестве дентин будет иметь оптические параметры стекла, т.е. прозрачен, что допустимо для резцового слоя, но не дентина. При очень же большом количестве кристалликов в слое дентина, он будет непрозрачен, как непрозрачны грунт или многие типы керамик, т.е. опять-таки будет потерян эстетический эффект, свойственный естественным зубам.

Проведенными исследованиями установлено, что верхним пределом содержания кристаллофазы в дентине является 25 мас. нижним 17 мас. т.е. соотношение между кристаллическими и аморфной (стекловидной) фазами может колебаться в пределах от 1: 3 до 1:5. Что же касается грунтового слоя, предназначенного главным образом для скрепления дентинового слоя с металлом подложки (при использовании неблагородных металлов, например, сплавов на основе кобальта и хрома, необходим еще один слой из окислов этих металлов), то с эстетической точки зрения грунт должен нести еще одну функцию исключать просвечиваемость металла через этот слой, сохранив его минимальную толщину. Количество кристаллов в грунте для этого должно быть заведомо большим, чем в дентиновом слое. Однако, нельзя допустить и слишком высокую долю кристаллов в грунте, ибо тогда значительно изменится его коэффициент термического расширения и ухудшится адгезия грунтового слоя к металлу. Проведенными исследованиями показано, что приемлемый для практики диапазон содержания кристаллофазы в грунте составляет от минимального 48-50 мас. до максимального 60 мас. т.е. соотношение между кристаллическими и аморфной (стекловидной) фазами должно лежать в пределах от 1:1 до 1,5:1. Примеры структуры дентинового и грунтового слоев, удовлетворяющих вышеназванным соотношениям, показаны на микрофотографиях фиг. 4, 5 соответственно. Согласно проведенным оценкам, количество кристаллических фаз в них составляет 18% в дентиновом и 53% в грунтовом слоях.

Спеченные на металле керамические покрытия выдерживают многократные нагревы и охлаждения в интервале температуре 20-(900-950)-20^оС, которым обычно подвергаются металлокерамические протезы при нанесении на них всех керамических слоев: грунта, дентина, резцового слоя и глазури. После 5-кратного термоциклирования в диапазоне 20-930-20^оС керамические покрытия не теряют своей целостности, а изменения коэффициента термического расширения не превышают 5·10^-7 1/^оС. Предложенные протезы обладают высокой технологичностью, достаточно легко воспроизводимы, а по некоторым параметрам (напр. пиропластичность) керамических масс они превосходят требования международного стандарта.

Изобретение относится к стоматологии, в частности к технике металлокерамических многослойных протезов, проблемой для которых является обеспечение высоких эксплуатационных характеристик и эстетических параметров, свойственных естественным зубам пациента. Согласно изобретению соотношение между кристаллическими и аморфной (стеловидной) фазами в дентиновом слое должно быть в пределах от 1:5 до 1:3 (мас.), а в грунтовом слое от 1:1 до 1,5:1 (мас. ). Нанесенные на металл керамические покрытия выдерживают многократные нагревы и охлаждения в интервале температур 20 - 930 - 20^oС (не менее 5 термоциклов), без нарушения целостности. Изменения коэффициента термического расширения керамических масс при повторных нагревах не превышает 5 • 10^- 7 1^oС. Предложенные протезы обладают высокой технологичностью, достаточно легко воспроизводимы, а по некоторым параметрам, например пиропластичность, керамических масс они превосходят требования международного стандарта. 5 ил.

МЕТАЛЛОКЕРАМИЧЕСКИЙ ЗУБНОЙ ПРОТЕЗ, состоящий из металлической коронки и по крайней мере двух слоев оксидной керамики полупрозрачного основного дентинового и размещенного между ними и коронкой грунтового, отличающийся тем, что соотношение между кристаллическими и аморфной фазами составляет: в дентиновом слое от 1 5 до 1 3 мас. а в грунтовом слое от 1 1 до 1,5 1 мас.